Մոլեկուլային-կինետիկ տեսություն

Մոլեկուլային-կինետիկ տեսություն (կրճատ՝ ՄԿՏ), տեսություն՝ ի հայտ եկած 19-րդ դարում, որը դիտարկում է նյութերի (հիմնականում՝ գազերի) կառուցվածքը 3 հիմնական դրույթների տեսանկյունից.

• Բոլոր մարմինները կազմված են փոքր մասնիկներից՝ ատոմներից և մոլեկուլներից,
• Մասնիկները՝ ատոմներն ու մոլեկուլները, անընդհատ, քաոսային՝ ջերմային շարժման մեջ են,
• մասնիկները փոխազդում են իրար հետ բացարձակ առաձգական բախումների միջոցով։

ՄԿՏ-ն ամենահաջող ֆիզիկական տեսություններից մեկն է և հաստատվել է մի շարք փորձարարական ապացույցներով։ ՄԿՏ-ի դրույթների հիմնական ապացույցներից են.

• Դիֆուզիան
• Բրոունյան շարժումը
• Նյութի ագրեգատային վիճակների փոփոխությունը

ՄԿՏ-ի հիման վրա զարգացել են ժամանակակից ֆիզիկայի մի շարք բաժիններ, մասնավորապես կինետիկան և վիճակագրական մեխանիկան։ Մոլեկուլային-կինետիկ տեսություն եզրույթն այժմ գործնականորեն չի կիրառվում, չնայած որ հանդիպում է ընդհանուր ֆիզիկայի դասընթացների դասագրքերում։

Տեսության պատմություն

ՄԿՏ-ի համար հիմք է հանդիսանում ատոմային ուսմունքը, ըստ որի նյութական մարմինները կազմված են քիմիապես անբաժանելի մասնիկներից՝ ատոմներից։ Այն ծնվել է 2 500 տարի առաջ, Հին Հունաստանում, և հիմնադիրներն են համարվում Դեմոկրիտեսն ու Լևկիպոսը։

1738 թվականին Դանիել Բեռնուլին հրապարակեց իր «Հիդրոդինամիկա» աշխատությունը, որում տեղադրեց ՄԿՏ հիմունքները։

19-րդ դարում տեսությունն առաջ քաշեցին Ռուդոլֆ Կլաուզիուսը, Լյուդվիգ Բոլցմանն ու Ջեյմս Մաքսվելը։

ՄԿՏ հիմնական հավասարում

$p={\frac {1}{3}}m_{0}nv^{2}$

ՄԿՏ հիմնական հավասարումը կապ է հաստատում ջերմադինամիկական համակարգի մակրոսկոպական(ճնշում, ծավալ, ջերմաստիճան) և միկրոսկոպական(մոլեկուլի զանգված, մոլեկուլների շարժման միջին քառակուսային արագություն) պարամետրերի միջև։

ՄԿՏ հիմնական հավասարման դուրսբերում

Դիցուք, ունենք պուպուլN</math> մասնիկ, որոնք ունեն $m_{0}$ զանգված և գտնվում են խորանարդաձև անոթում։

Քանի որ մոլեկուլների շարժումը քաոսային է, ապա տարածության 6 ուղղություններից դեկարտյան կոորդինատային համակարգի առանցքներից մեկին համընկնող ուղղությամ շարժման հավանականությունները հավասար են։

Այսինքն՝ կարող ենք ընդունել, որ այդ ուղղություններից յուրաքանչյուրով շարժվում են ${\frac {1}{6}}N$ թվով մասնիկներ։

Համարենք, որ բոլոր մասնիկները շարժվում են միևնույն $v$ արագությամբ։

Անոթի պատին հարվածող մասնիկներից յուրաքանչյուրը նրան փոխանցում է $\Delta P=2m_{0}v$ իմպուլս։

Եթե անոթի պատերի մակերեսը $S$ է, իսկ նյութի կոնցենտրացիան՝ $n$, ապա անոթի պատին $\Delta t$ ժամանակահատվածում հարվածող մասնիկների թիվը հավասար կլինի $N={\frac {1}{6}}nS\Delta tv$:

Քանի որ $p={\frac {F}{S}}$, իսկ $F={\frac {\Delta P}{\Delta t}}N$ - անոթի պատերի ու մասնիկների փոխազդեցության գումարային ուժը, ապա համապատասխան հավասարումները տեղադրելով կստանանք $p={\frac {1}{3}}m_{0}nv^{2}$,

քանի որ ${\bar {E_{k}}}={\frac {1}{2}}m{\bar {v^{2}}}$, ապա $p={\frac {2}{3}}n{\bar {E_{k}}}$:

Մոլեկուլի միջին քառակուսային արագության հավասարում

Մոլեկուլի միջին քառակուսային արագության հավասարումը հեշտությամբ կարելի է դուրս բերել 1 մոլ գազի համար ՄԿՏ հիմնական հավասարումից.

$E_{k}={\frac {1}{2}}m{\bar {v^{2}}}={\frac {3}{2}}kT$,

$N_{a}m=M$, որտեղ $M$ -ը գազի մոլային զանգվածն է, $m$ -ը՝ գազի մոլեկուլի զանգվածը։

Այստեղից էլ կստանանք՝

${\bar {v}}={\sqrt {\frac {3kTN_{A}}{M}}}={\sqrt {\frac {3RT}{M}}}$

Տես նաև

• Կինետիկա
• Վիճակագրական մեխանիկա
• Վիճակագրական ֆիզիկա

Գրականություն

• The Feynman Lectures on Physics: The Kinetic Theory of Gases
• Гиршфельд Дж, Кертисс Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. М., 1961 Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей. Л., 1975 Кикоин А.К., Кикоин И.К. Молекулярная физика. М., 1976